Minden eddiginél nagyobb tömegű feketelyuk-kettős összeolvadást detektált az amerikai Nemzeti Tudományos Alap (NSF) által finanszírozott LIGO obszervatóriumokkal a LIGO–Virgo–KAGRA (LVK) együttműködés. Az esemény nem csak a kiemelkedő tömeg miatt érdekes, hanem mert keletkezésének megfejtése közelebb viheti a kutatókat a fekete lyukak születésének jobb megértéséhez.

A GW231123 jelzésű jelet az ún. negyedik megfigyelési időszakban észlelték a LIGO Livingstonban (Louisiana állam) és Hanfordban (Washington állam) található ikerdetektorai, 2023. november 23-án. Az eredményt a 24. Nemzetközi Általános Relativitáselmélet és Gravitáció Konferencián (GR24) és a 16. Edoardo Amaldi Gravitációs Hullám Konferencián, a két szakterület legnagyobb tudományos szakmai rendezvényén mutatták be, amelyek most közösen kerültek megrendezésre Glasgowban (Skócia), július 14 és 18. között.

A LIGO (Lézer Interferométeres Gravitációs Hullám Obszervatórium) 2015-ben írt történelmet, amikor először detektált gravitációs hullámokat. Akkor a hullámok egy feketelyuk-páros összeolvadásból származtak, amelynek eredményeként egy, a Nap tömegének 62-szeresét kitevő fekete lyuk jött létre. Azóta a mérésekben részt vevő detektorok körülbelül 300 gravitációs hullámot észleltek, csak a negyedik (2023. májusa óta tartó) megfigyelési időszak alatt pedig 200-at. 

A most közzétett esemény során egy olyan végső fekete lyuk keletkezett, amely a Nap tömegének körülbelül 225-szöröse, vagyis minden eddig detektáltnál nagyobb. A születő fekete lyuk két fekete lyuk összeolvadásából jött létre, amelyek tömege körülbelül 100, illetve 140 naptömeg volt, ráadásul rendkívül gyorsan forog is. A csillagfejlődés standard modelljei nem engednek meg ilyen tömegű fekete lyukakat, ezért a kutatók azt valószínűsítik, hogy a most összeolvadó két fekete lyuk korábban szintén kisebb fekete lyukak összeolvadásával jöhetett létre.

Az Eötvös Loránd Tudományegyetem Fizikai és Csillagászati Intézetének kutatói, Frei Zsolt vezetésével, még 2007-ben kapcsolódtak be az együttműködésbe, és azóta aktív résztvevői a kollaboráció munkájának.

„Érdekessége ennek az események, hogy mivel itt nagyon nagy tömegű fekete lyuk párosról van szó, ezt nagyon messziről is képes volt érzékelni a LIGO obszervatórium – mondta el a most közzétett eredményről Frei Zsolt. – Kihívást jelent azonban, hogy megfejtsük, hogyan tudott kisebb fekete lyukak összeolvadásából, ennyi idő alatt, ilyen közepes tömegű fekete lyuk keletkezni, ami ráadásul ennyire nagy sebességgel pörög is.”

A GW231123 eseményben részt vevő fekete lyukak nagy tömege és rendkívül gyors forgása, amely közel van az Einstein általános relativitáselmélete szerint elképzelhető maximális forgási sebességhez, kihívások elé állítja mind a gravitációs hullámok detektálásának technológiáját, mind az elméleti modelleket. A kutatók ezért folytatják az elemzést és a modellek finomítását, hogy ilyen szélsőséges eseményeket is értelmezni tudjanak, de ez akár évekbe is telhet.

A mostani észlelést rögzítő LIGO, valamint a kollaborációban még részt vevő Virgo és KAGRA gravitációs hullám detektorokat azért tervezték, hogy a kozmikus események által okozott apró téridő-torzulásokat mérjék. Az együttműködés negyedik megfigyelési időszaka 2023 májusában kezdődött, és az első fél év további megfigyeléseit (2024 januárjáig) később, a nyár folyamán teszik közzé, így még több izgalmas eredményre is számíthatunk a közeljövőben.

„Abban reménykedünk, hogy neutroncsillagok összeolvadását is érzékelni fogjuk, hiszen az ELTE kutatóinak ez van a fő fókuszában, mi ezek lokalizálásán dolgozunk, hogy lehetősége legyen más távcsöveknek is megfigyelni őket. De ezek sokkal ritkább események, mint a fekete lyukak összeolvadása, amelyekből 300 körülit detektáltunk már a 2015-ös felfedezés óta. Neutroncsillag-összeolvadásból viszont csak egyet” – tette hozzá Frei Zsolt, aki azt is elmondta, hogy a negyedik megfigyelési időszak, ami az eddigi leghosszabb és legérzékenyebb is egyben, nyáron ért volna véget, de azt november végig meghosszabbították. Ennek az az oka, hogy nemrég indult el a világ legnagyobb csillagászati kamerájával felszerelt, az Atacama-sivatagban, 2680 méter magasan felépült obszervatórium az ún. Legacy Survey of Space and Time (LSST), amely tíz éven keresztül készít színes, nagy felbontású, időbeli változásokat is követő felvételeket az univerzumról. A kollaboráció tagjai pedig úgy gondolták, mindenképpen érdemes lenne, hogy a két obszervatórium együtt is működhessen, mielőtt a LIGO detektorait több évre leállítják, hogy tovább fejleszthessék azokat.

„Izgalmas lenne, ha ez alatt az időszak alatt láthatnánk összeolvadó neutroncsillagot és azt az LSST-vel is meg tudnánk figyelni. Ez az ELTE-s kutatóknak külön remek lehetőség lenne, hiszen mi kiemelten dolgozunk ezen a területen” – mutatott rá kutatásaik fontosságára Frei Zsolt.

A kollaboráció eredeti, angol nyelvű sajtóközleménye: https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20250715

A LIGO kollaboráció magyar nyelvű honlapja: https://ligo.elte.hu/

(Borítókép: Two black holes merged (illustrated) in the most massive collision of its type ever confirmed, physicists report. VICTOR de SCHWANBERG/SCIENCE PHOTO LIBRARY)

Két fekete lyuk összeolvadásának szimulációja

Forrás